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視頻標(biāo)簽：植物細胞,水分運輸,拓展性探究
所屬欄目：高中生物優(yōu)質(zhì)課視頻
視頻課題：蘇教版高中生物必修一“植物細胞對水分運輸?shù)耐卣剐蕴骄俊焙邶埥?- 大慶
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“植物細胞對水分運輸?shù)耐卣剐蕴骄?rdquo;教學(xué)設(shè)計
1.學(xué)習(xí)內(nèi)容分析
本節(jié)課選自蘇教版普通高中生物必修一《分子與細胞》第三章第三節(jié)《物質(zhì)的跨膜運輸》；
課標(biāo)中對這部分的要求是“說明物質(zhì)進出細胞的方式”[1]
，教材中以水為例，安排了一個實驗《探究植物細胞的吸水和失水》。本節(jié)課是在教材實驗的基礎(chǔ)上結(jié)合了學(xué)生在自主探究活動中發(fā)現(xiàn)的新問題，進行的進一步探究；通過實驗幫助學(xué)生形成滲透作用、質(zhì)壁分離和原生質(zhì)層相當(dāng)于一層半透膜等重要概念，同時在實驗中落實培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究和科學(xué)思維”的生物學(xué)科核心素養(yǎng)的要求。 2.學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)分析
我校為省示范性高中，生源較好，中考全市前一千名的學(xué)生我校可占七至八成，學(xué)生動手能力強；本節(jié)課的重要概念——滲透作用和質(zhì)壁分離，具有很強的科普性，學(xué)生通過自學(xué)很容易掌握；教材舉例說明的質(zhì)壁分離及復(fù)原現(xiàn)象，學(xué)生通過課前實踐，也可順利觀察到；但學(xué)生在驗證教材實驗現(xiàn)象的同時，也會產(chǎn)生一些新的疑問，學(xué)生對這些發(fā)現(xiàn)作進一步研究的強烈興趣為本課奠定了良好的心理基礎(chǔ)和能力基礎(chǔ)。 3.教學(xué)目標(biāo)
1）掌握滲透作用的原理，理解質(zhì)壁分離現(xiàn)象發(fā)生的原理，讓學(xué)生在實踐中形成結(jié)構(gòu)與功能相適應(yīng)的生命觀念；；
2）熟練掌握顯微鏡的使用及裝片制作的相關(guān)技能，通過設(shè)計實驗方案訓(xùn)練科學(xué)探究能力，通過對實驗結(jié)果的觀察記錄，學(xué)會并掌握對實驗數(shù)據(jù)進行記錄、分析和處理的科學(xué)思維；
3）增加自信，迸發(fā)團隊合作精神，提升自我的創(chuàng)新意識，增加社會責(zé)任意識。 4.教學(xué)重難點
教學(xué)重點：引導(dǎo)學(xué)生實施探究實驗，確定實驗的材料、試劑的種類與濃度，并進行應(yīng)用創(chuàng)新；教學(xué)難點：在探究實驗過程中培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。 5.教學(xué)策略
本節(jié)課采用了微課程-翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，主要分為課前和課中兩部分：
課前教師制作了四節(jié)微課，介紹了本節(jié)課的重要概念如滲透作用、質(zhì)壁分離等，學(xué)生自學(xué)后可以走進實驗室驗證教材的實驗現(xiàn)象，同時產(chǎn)生很多新問題，教師對學(xué)生的問題進行了統(tǒng)計和分析，總結(jié)出三個研究方向，學(xué)生按照自己感興趣的研究問題自動組成實驗小組，并設(shè)計實驗，為課中探究活動做好準(zhǔn)備。
課中學(xué)生首先匯報本組的實驗設(shè)計，其他小組同學(xué)和教師提出修改意見，分組實驗后學(xué)生代表匯報實驗結(jié)果及結(jié)論，通過生生互動和師生互動討論，對不符合預(yù)期的實驗結(jié)果展開討論，最后學(xué)生總結(jié)如何保證實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性，以及對滲透作用的深刻理解。 6.教學(xué)過程 6.1課前：
6.1.1課前微課程制作：
①《滲透作用的原理》：介紹滲透作用的概念和條件、比較半透膜和選擇透過性膜，強調(diào)滲透作用中比較的是溶液的物質(zhì)的量濃度；②《細胞的質(zhì)壁分離》：將動、植物細胞與滲透裝置類比、闡述原生質(zhì)層的概念、；③《探究實驗的步驟》：將探究實驗的提出問題、作出假設(shè)、設(shè)計實驗、進行實驗、分析結(jié)果得出結(jié)論、表達和交流、進一步探究七個步驟作詳細解釋，并強調(diào)結(jié)果和結(jié)論的區(qū)別；④《實驗操作》：介紹教材實驗的流程，強調(diào)引流法等重要操作。
6.1.2學(xué)生自學(xué)微課：
學(xué)生觀看微課，自學(xué)教材的相關(guān)概念，充分鍛煉自學(xué)能力。同時教師還制作了與微課內(nèi)容對應(yīng)的自主學(xué)習(xí)任務(wù)單，以便學(xué)生檢驗自學(xué)效果，學(xué)生填寫后上交，也便于教師了解學(xué)情，教師批改后對學(xué)生的正確率進行統(tǒng)計（達到85%以上），說明通過學(xué)生的自學(xué)，可以初步達成本課的知識目標(biāo)。 6.1.3實驗室開放：
學(xué)生走進實驗室，驗證微課所講知識點，探究植物細胞吸水和失水，通過學(xué)生的自主實驗，可以熟悉實驗操作，同時通過實踐引發(fā)學(xué)生的深入思考，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識。 6.1.4提出問題，進一步探究：
教師匯總學(xué)生提出的新問題并將其歸納整理，主要集中在以下三個方向：小課題Ⅰ探究質(zhì)壁分離的最佳材料；小課題Ⅱ探究質(zhì)壁分離的蔗糖濃度；小課題Ⅲ探究其他溶液（葡萄糖、硝酸鉀）對質(zhì)壁分離的影響，這三個問題緊扣教材實驗，有助于加深學(xué)生對教材內(nèi)容的理解。 6.2課中：
6.2.1回顧課前，導(dǎo)入新課 教師陳述：課前同學(xué)們已經(jīng)閱讀了教材并觀看了老師制作的微課，填寫并上交了自主學(xué)習(xí)任務(wù)單。此外，同學(xué)們也走進實驗室進行了初步探究，并提出了很多新的問題，老師將同學(xué)們的問題進行了匯總，發(fā)現(xiàn)主要集中在三個方面：探究質(zhì)壁分離的植物材料、溶液濃度、溶質(zhì)種類，同學(xué)們已經(jīng)分別選擇了自己感興趣的課題，下面我們來聽一聽各小組都有哪些想法，通過對課前內(nèi)容的回顧過渡到課中環(huán)節(jié)。 6.2.2小組代表匯報實驗設(shè)計
各小組代表在課前制作了幻燈片，匯報包括以下主要內(nèi)容：①選擇該小課題的理由；②材料或濃度選擇；③實驗流程；④結(jié)果預(yù)期。
第1組：探究質(zhì)壁分離的理想材料 學(xué)生發(fā)現(xiàn)撕取洋蔥紫色外表皮細胞時，有時會帶有葉肉細胞，影響觀察，因此他們想探究其它植物細胞（紫色洋蔥內(nèi)表皮、黑藻、玫瑰花瓣）能否代替，并按照取材、制片、拍照、滴加蔗糖、拍照、滴加清水、拍照的流程設(shè)計實驗。黑藻和玫瑰花瓣細胞均有顏色，理論上應(yīng)該能觀察到質(zhì)壁分離及復(fù)原，洋蔥內(nèi)表皮為無色細胞，可與前兩種細胞進行對比。
第2組：探究質(zhì)壁分離的蔗糖濃度 學(xué)生在課前實驗時使用了0.3g/ml的蔗糖，這次他們想探究不同濃度蔗糖溶液對質(zhì)壁分離與復(fù)原的影響，他們配制了0.1、0.3、0.5、0.7g/ml四種濃度的溶液，跨度較大，現(xiàn)象區(qū)別明顯。實驗過程中要保證無關(guān)變量一致，如蔗糖體積和清水的滴數(shù)。學(xué)生認為0.1g/ml的蔗糖不能確定能否使細胞質(zhì)壁分離，0.5g/ml和0.7g/ml的蔗糖能使細胞發(fā)生更明顯的質(zhì)壁分離，但復(fù)原情況有待探究。教師追問：除清水和蔗糖的體積外，還有哪些條件也應(yīng)該保持一致？訓(xùn)練學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S，學(xué)生回答：選取初始狀態(tài)相同的洋蔥，盡量選擇同一層的洋蔥鱗片葉。
第3組：探究其他溶液對質(zhì)壁分離的影響 葡萄糖是細胞的主要能源物質(zhì)，應(yīng)該會被細胞吸收，同時教材舉例說明了離子可以進入細胞，因此葡萄糖和硝酸鉀可能會使細胞出現(xiàn)質(zhì)壁分離自動復(fù)原，省去了加清水的步驟，簡化實驗環(huán)節(jié)。起初同學(xué)們選擇了0.3g/ml葡萄糖，但有學(xué)生提出老師微課中提到濃度差應(yīng)考慮物質(zhì)的量濃度，經(jīng)計算，0.16g/ml葡萄糖與0.3g/ml蔗糖的物質(zhì)的量濃度基本相同；同理，他們選擇了0.090g/ml硝酸鉀，但有細心的學(xué)生想到，硝酸鉀在水中會發(fā)生完全電離，使物質(zhì)的量濃度加倍，因此0.045 g/ml硝酸鉀的離子物質(zhì)的量濃度與0.3g/ml蔗糖相等。學(xué)生預(yù)測0.16g/ml葡萄糖和0.045 g/ml硝酸鉀中都應(yīng)該發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原。
通過對實驗設(shè)計的匯報，鍛煉了學(xué)生設(shè)計探究實驗的能力，同時表達能力也得到了很好的展示和提升，學(xué)生已經(jīng)能運用自學(xué)的知識設(shè)計實驗，說明本課的相關(guān)概念已經(jīng)順利被學(xué)生掌握。
6.2.3分組實驗
學(xué)生制作裝片、使用數(shù)碼顯微鏡拍照、并將結(jié)果制作成幻燈片，以備匯報；實驗的同時，學(xué)生也要完成課堂學(xué)習(xí)任務(wù)單，通過學(xué)生的分組實驗，鍛煉學(xué)生動手能力的同時，也培養(yǎng)了學(xué)生的團隊精神和分工合作意識，初步達成本課的能力目標(biāo)。 6.2.4.匯報實驗結(jié)果及結(jié)論
第1組：紫色洋蔥外表皮細胞、玫瑰花瓣和黑藻都能發(fā)生質(zhì)壁分離及復(fù)原，但玫瑰花瓣細胞太小，觀察難度較大，且撕取到的往往是花瓣的表皮細胞；黑藻葉片很薄，可以放在載玻片上直接觀察，但在北方取材受季節(jié)限制。綜上，黑藻在一定程度上可以代替洋蔥外表皮，質(zhì)壁分離的理想材料應(yīng)該易獲取、易制片、有顏色、細胞大。教師追問：如果實驗材料只有洋蔥的內(nèi)表皮細胞，如何能看到明顯的質(zhì)壁分離現(xiàn)象呢？學(xué)生回答：在外界溶液中滴加紅墨水或藍墨水，使實驗現(xiàn)象更加明顯。
第2組：0.1g/ml蔗糖不能使細胞質(zhì)壁分離；0.5g/ml蔗糖細胞可以質(zhì)壁分離，且相同時間內(nèi)，質(zhì)壁分離程度更明顯，部分細胞質(zhì)壁分離難以復(fù)原；0.7g/ml蔗糖質(zhì)壁分離非常明顯，不能復(fù)原。教師總結(jié)：觀察質(zhì)壁分離及復(fù)原應(yīng)選擇高于細胞液濃度的溶液，但濃度不能過大，否則細胞將失水過多而死亡。過渡：如果改變了溶質(zhì)的種類，能不能看到質(zhì)壁分離及復(fù)原的現(xiàn)象呢？
通過前兩組同學(xué)的匯報和討論，學(xué)生對于質(zhì)壁分離的實驗材料和蔗糖濃度有了更深的理解，通過親身實踐，也認識到教材選擇的細胞和溶液濃度的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。
第3組：對于質(zhì)壁分離自動復(fù)原現(xiàn)象，學(xué)生看到硝酸鉀溶液中已經(jīng)出現(xiàn)該趨勢，而葡萄糖溶液中未能觀察到，但學(xué)生認為等待時間較短，應(yīng)進行更長時間的實驗，以準(zhǔn)確判斷質(zhì)壁分離的自動復(fù)原能否發(fā)生。教師陳述：老師在課前也完成了這個實驗，結(jié)果顯示葡萄糖溶液中（3h連續(xù)觀察），未發(fā)生質(zhì)壁分離自動復(fù)原；硝酸鉀溶液中45min時，質(zhì)壁分離基本自動
復(fù)原，這與科研文獻相符[2]
（表1）。教師的實驗有效解決了課堂實驗時間不夠的問題，對學(xué)生的實驗結(jié)果進行了有效補充，利于學(xué)生分析問題。
教師提問：根據(jù)實驗結(jié)果，我們能否證明細胞吸收了吸收鉀離子和硝酸根？學(xué)生回答：不能，應(yīng)該進一步探究到底是鉀離子還是硝酸根進入細胞。教師追問：你想怎樣設(shè)計實驗?zāi)兀繉W(xué)生回答：選擇含鉀和硝酸根的其他無機鹽。教師補充：有科研文獻表明，在氯化鈉溶液中
細胞不能質(zhì)壁分離自動復(fù)原[2]
。學(xué)生繼續(xù)回答：應(yīng)選氯化鉀和硝酸鈉。氯化鈉溶液如果不能自動復(fù)原，證明鈉離子和氯離子都不能被細胞吸收，所以，如果氯化鉀溶液中細胞不能質(zhì)壁分離自動復(fù)原，則證明細胞不能吸收鉀離子；硝酸鈉同理。根據(jù)教師的實驗結(jié)果及科研文獻的數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生的理性思維和進一步探究的意識。
教師提問：葡萄糖溶液中為什么沒有發(fā)生質(zhì)壁分離的自動復(fù)原呢？學(xué)生回答：葡萄糖進
入細胞得速度很慢；葡萄糖進入細胞質(zhì)基質(zhì)，沒進入液泡，沒有增加細胞液濃度……。當(dāng)已有的實驗結(jié)果與理論知識不符時，學(xué)生沒有盲從和迷信，而是尋找自身實驗的問題，并有理有據(jù)的進行分析，體現(xiàn)了科學(xué)探究的本質(zhì)。教師提問：細胞對于葡萄糖和硝酸鉀吸收情況的不同，體現(xiàn)了細胞膜的什么特性？學(xué)生回答：選擇透過性。緊扣教材結(jié)論，將學(xué)生的發(fā)散思維，統(tǒng)一在教材內(nèi)容中。對實驗結(jié)果的討論和匯報是本節(jié)課的核心環(huán)節(jié)，充分鍛煉了學(xué)生分析問題和解決問題的能力，同時達成本課的能力目標(biāo)和情感目標(biāo)。
教師總結(jié)：今天同學(xué)們完成了三個探究實驗，實際上是對教材結(jié)論的拓展性研究，你認為在進行探究實驗的過程中應(yīng)該如何保證實驗的準(zhǔn)確性？學(xué)生先討論后回答：遵循單一變量
表1 文獻中關(guān)于硝酸鉀使細胞自動復(fù)原的描述[2]
原則和對照原則；注意實驗的可重復(fù)性。這一環(huán)節(jié)目的是落實實驗設(shè)計的兩個原則，學(xué)生在討論后加深對探究實驗的理解。
結(jié)束語：生物是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科，課本上幾乎每個結(jié)論都是科學(xué)家辛勤探索的結(jié)果。做好實驗，才能更好理解生物知識，探尋生命奧秘。對教學(xué)內(nèi)容進行升華，同時對學(xué)生進行情感教育。
6.3課后：實驗室開放，學(xué)生可以對硝酸鉀和葡萄糖等問題繼續(xù)探究；完成作業(yè)。 7.板書設(shè)計（圖1）
8.教學(xué)反思
本節(jié)實驗課采用微課程-翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)法，充分鍛煉了學(xué)生的自學(xué)能力，探究意識和小
組合作意識，有效提高了課的生成性和教學(xué)目標(biāo)達成度。針對教材沒有闡述清楚的問題設(shè)計了探究實驗，對教材內(nèi)容進行了有效補充，鍛煉學(xué)生的動手能力，激發(fā)創(chuàng)新意識，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究和理性思維的生物學(xué)科核心素養(yǎng)。
由于本節(jié)課的時間有限，很多小組的優(yōu)秀成果沒能得到展示和實踐，在后續(xù)的實驗教學(xué)中可以給學(xué)生一些展示的機會，教師選出優(yōu)秀實驗設(shè)計張貼于教室中供學(xué)生進一步交流和探討。
主要參考文獻
[1] 中華人民共和國教育部.普通高中生物課程標(biāo)準(zhǔn)（2003版）.北京：人民教育出版社，2013.
[2] 趙則信.影響質(zhì)壁分離自動復(fù)原因素的實驗探究[J].林區(qū)教學(xué)，2012(7):108-109.
視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.jjlqy.cn
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